JP3817648B2

JP3817648B2 - Fuel injection amount control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3817648B2
Application number: JP02511897A
Authority: JP
Inventors: 信悟森島; 公孝斎藤; 信夫今竹
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: JPH10220270A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本説明は、内燃機関における燃料挙動を表すパラメータを用いて同内燃機関に噴射供給する燃料量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の制御装置として、内燃機関の吸気系における燃料挙動シミュレーションモデルに基づいて同機関への燃料供給量を制御する技術が知られている（例えば、特開平６−２８０６４８号公報等）。このような制御装置では、内燃機関の吸気管壁面への付着燃料量やその蒸発量をパラメータとして同内燃機関の筒内に流入する燃料の挙動を数式化した燃料挙動モデルを用いる。そして、内燃機関の運転条件とその空燃比の目標値とに基づいて同内燃機関に要求される燃料量を算出すると共に、上記燃料の挙動を数式化した燃料挙動モデルに従って、該算出された要求燃料量を実際に供給すべき燃料量に補正するようにしている。
【０００３】
こうして上記制御装置では、機関筒内への流入燃料の挙動を表すパラメータを用いた燃料挙動モデルに従って、内燃機関に噴射供給される燃料量が制御される。このため、それらパラメータの設定さえ適正になされれば、当該内燃機関の空燃比を理想の空燃比に近づけることができ、ひいては燃料供給量が適正に制御されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の制御装置では、機関暖機後の定常運転時に対応する前記パラメータを用い、Ｃ．Ｆ．アキノの式として周知の式をそのまま使用して内燃機関の吸気系に付着している燃料量を演算する。そして、その演算された付着燃料量に基づいて同機関に噴射すべき燃料量を決定するようにしている。このため、様々な要因によって前記パラメータが変動する際には、付着燃料量等の燃料挙動を正確に予測できず、実際に筒内に流入する燃料量を正しく認識することができなかった。つまり、インジェクタ近傍における燃料挙動は、主に燃料の壁面付着率（＝１−直接流入率）やその付着燃料の残留率（＝１−持ち去り率）をパラメータとすることでその燃料動的モデルをシミュレートできる。ところが、既存の制御装置では、これらパラメータ（壁面付着率や残留率）が固定値として与えられていたため、壁面への付着燃料量等が変動した場合には、所望の燃料噴射量制御が継続できないという問題があった。その結果、パラメータ変動時において空燃比の制御精度が極端に低下するという事態を招き、トルク変動によるドライバビリティの悪化や、排気エミッションの悪化の原因となっていた。
【０００５】
この発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、内燃機関内での燃料の動的挙動を表すパラメータを用いて同機関に噴射供給する燃料量を制御するにあたり、いかなる機関運転状態下にあっても同機関への燃料噴射量を適正に維持することができる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、その前提として、内燃機関の気筒に流入する燃料の動的挙動モデルを使用し、吸気ポート近傍における燃料の壁面付着率及び残留率を前記動的挙動モデルのパラメータとしてインジェクタによる燃料噴射量を制御するようにしている。つまり本発明では、吸気ポート近傍における噴射燃料の壁面付着率及び残留率から燃料の動的挙動モデルを解析する。なお、本明細書記載の「吸気ポート近傍領域」とは、機関シリンダヘッドの吸気ポート部のみならずインジェクタの上流側及び下流側をも含む領域を指し、例えば吸気通路に設けられるサージタンクから吸気弁の上面までの領域が当該吸気ポート近傍領域に相当する。
【０００７】
従って、吸気ポート近傍における燃料挙動としては、インジェクタ下流の吸気通路壁面に対して付着並びに残留する要因の他に、該内燃機関の筒内からの吹き返し流によりインジェクタ上流の吸気通路壁面に対して付着並びに残留する要因、及び吸気弁上面（同弁の吸気ポート側）に対して付着並びに残留する要因が含まれる。
【０００８】
そして、請求項１に記載した発明ではその特徴として、吸気ポート近傍領域を複数のエリアに分割し、該エリア毎に前記壁面付着率及び残留率を設定するエリア別パラメータ設定手段と、前記分割されたエリア毎の個々の壁面付着率及び残留率に基づき、吸気ポート近傍領域の全域における燃料の付着及び残留の度合を算出すると共に、該算出結果に応じてインジェクタによる燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備える。
【０００９】
要するに、吸気ポート近傍において、燃料の動的挙動モデルのパラメータ（壁面付着率及び残留率）は、吸気通路の上流側から下流側にかかる位置に応じて個々に異なる値を呈する。そのため、上記構成のように、吸気ポート近傍領域を複数のエリアに分割し、該エリア毎に前記パラメータ（壁面付着率及び残留率）を設定すれば、これらパラメータがより高精度に求められることになる。そして、これらパラメータを用いてインジェクタによる燃料噴射量を制御すれば、いかなる機関運転状態下においても安定した空燃比制御が実現できるようになる。その結果、従来装置のように、パラメータ変動時において空燃比の制御精度が極端に低下し、それによりトルク変動に起因するドライバビリティの悪化や、排気エミッションの悪化等を招くといった問題が解消される。
【００１０】
因みに、吸気通路の最下流側を基準にして分割された個々のエリアを「エリアインデックスｉ」で表した場合、このエリア毎（１〜ｎのエリアインデックス毎）の壁面付着率「Ｒｍｉ」及び残留率「Ｐｍｉ」は、図７及び図８に示すような傾向にあることが本発明者により確認されている。ここで、ｉ＝１は吸気通路の最下流エリアに相当し、ｉ＝ｎは吸気通路の最上流エリアに相当する。同図によれば、壁面付着率Ｒｍｉは吸気通路の下流側ほど大きくなり、これに対し、残留率Ｐｍｉは吸気通路の上流側ほど大きくなることが分かる。Ｒｍｉ値，Ｐｍｉ値は、こうした傾向を有する特性に基づいて設定される。
【００１１】
また、上記発明における燃料噴射量補正手段のより具体的な構成としては、請求項２に記載したように、
・前記分割されたエリア毎に付着燃料量を算出するエリア別付着燃料量算出手段と、
・前記算出されたエリア毎の付着燃料量を前記吸気ポート近傍領域の全域にて加算する加算手段と、
・前記加算手段による加算結果を基に、筒内への目標流入燃料量を修正して前記インジェクタによる実際の燃料噴射量を算出する実噴射量算出手段と
を備えるようにすればよい。
【００１２】
つまり、吸気ポート近傍領域における吸気通路内の付着燃料量は、前記図７及び図８に示すような壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍに対応してエリア毎にその値が変化する。そのため、これらＲｍ値やＰｍ値に対応するように付着燃料量をエリア毎に算出し、このエリア毎の算出値を加算すれば、付着燃料量の総量が精度良く求められることになる。そして、この付着燃料量の総量をインジェクタによる燃料噴射量に反映させれば、燃料噴射量の制御精度も確実に向上する。
【００１３】
前記請求項２に記載の発明では、請求項３に記載したように、前記分割されたエリア毎にその付着燃料量を予め設定されている最大付着量と比較し、前者が後者を越える場合（エリア毎の付着燃料量＞最大付着量の場合）にはその差分である過剰量に基づいて隣接するエリアの付着燃料量を補正するようにすることが望ましい。つまり、吸気通路内の壁面における付着燃料量は、吸気通路の形状や燃料の噴射特性等によって最大付着量が決定される。また、互いに隣接するエリア間では、付着燃料量は連続的に変化する。従って、エリア毎の付着燃料量が最大付着量を越えるような場合には、その差分であるところの過剰量を求めその過剰量にて付着燃料量を補正する。さらに、この過剰量を隣接するエリアの付着燃料量にも反映させて当該エリアの付着燃料量も補正する。こうした処理によれば、付着燃料量がより一層正確に求められることになる。
【００１４】
一方、吸気通路内に付着残留する燃料量は、燃料の性状（例えば粘性、温度等）に応じて変化する。そこで、請求項４に記載したように、前記分割されたエリア毎に、付着燃料の性状を示すパラメータを設定する燃料性状パラメータ設定手段を備え、前記エリア別パラメータ設定手段は、前記燃料性状を示すパラメータを対比させつつ、エリア毎に前記残留率を設定するといった構成を採用するのが望ましい。かかる場合、残留率が燃料の性状に応じて適正に算出されることになる。
【００１５】
ここで、請求項４に記載した燃料性状のパラメータは、燃料付着からの経過時間、吸気管の壁面温度、吸気管圧力等、燃料の蒸発特性に応じて変化する。そのため、請求項５に記載したように、上記のような燃料の蒸発特性に応じて前記燃料性状を示すパラメータを可変に設定すれば、当該パラメータがより適確に把握できると共に、ひいては残留率の演算精度が向上することになる。
【００１６】
またさらに、近年では、車両走行のレスポンス（応答性）を向上させることを意図して、吸気行程にかかるようにインジェクタによる燃料噴射を実行する、「吸気同期噴射制御」を採用したシステムが提案されている。かかるシステムの構成において、機関の低回転域では吸気弁の開弁時期にのみ燃料噴射が実施され、これに対し機関の中・高回転域では燃料噴射が吸気弁の開弁前の閉弁時期にかかることになる。この場合、吸気弁が開弁している時の噴射燃料と、閉弁している時の噴射燃料とでは、自ずと燃料の壁面付着率（例えば吸気弁上面に付着する燃料量）が変化する。そのため、請求項６に記載したように、機関回転数に応じて前記壁面付着率を設定するようにすれば、上記のような吸気同期噴射制御が実施される際にも、燃料挙動が適確に把握できることとなる。
【００１７】
また、上記請求項１〜請求項６に記載の発明では、請求項７に記載したように、吸気ポート近傍にて分割される複数のエリアを吸気弁からの距離に応じて設定するとよい。つまり、吸気ポート近傍における噴射燃料の壁面付着率或いは残留率は、吸気ポートの最下流位置（例えば吸気弁上面）を基準として所定の関係を有し、この関係はある程度一義的にシミュレートできる（図７及び図８参照）。従って、例えば複数エリアを吸気弁からの距離に応じて等間隔で分割するように設定すれば、各エリア毎の燃料挙動が把握し易くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
本実施の形態の装置は、ガソリン噴射式多気筒内燃機関（エンジン）の燃料噴射量を筒内に流入する燃料の動的挙動モデルを用いて最適に制御するものであり、各気筒に燃料を噴射供給するためのインジェクタは、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置によりその駆動が制御されるようになっている。ここで、電子制御装置は、インジェクタによる噴射燃料の動的挙動モデルを表すパラメータとして、吸気ポート近傍領域での燃料の壁面付着率「Ｒｍ」と残留率「Ｐｍ」とを設定すると共に、当該パラメータを用いてインジェクタによる燃料噴射量を補正する。つまり、上記電子制御装置の動作により、インジェクタによる燃料噴射動作が制御されるようになっている。
【００２０】
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関の燃料噴射量制御装置をより詳細に示す構成図である。図１において、内燃機関１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２には、アクセルペダル４に連動するスロットル弁５が設けられ、同スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ６により検出されるようになっている。また、吸気管２のサージタンク７には、吸気圧センサ８が配設されている。
【００２１】
内燃機関１の気筒を構成するシリンダ９内には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設されており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画された燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気弁１４及び排気弁１５を介して前記吸気管２及び排気管３に連通している。排気管３には、排気ガス中の酸素濃度に応じて異なる電圧信号を出力する空燃比センサ１６が設けられている。また、シリンダ９（ウォータジャケット）には、冷却水温を検出する水温センサ２３が配設されている。
【００２２】
内燃機関１の吸気ポート１７には電磁駆動式のインジェクタ１８が設けられており、このインジェクタ１８には燃料タンク１９から燃料（ガソリン）が供給される。なお、本実施の形態では、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつインジェクタ１８を有するマルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムが構成されている。この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃料とが吸気ポート１７にて混合され、その混合気が吸気弁１４の開弁動作に伴い燃焼室１３内（シリンダ９内）に流入される。
【００２３】
ディストリビュータ２０にはクランク軸の回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２１と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎或いは１５°ＣＡ毎等）にパルス信号を出力する回転角センサ２２が設けられている。
【００２４】
一方、ＥＣＵ３０は例えばマイクロコンピュータシステムを中心に構成され、Ａ／Ｄコンバータ３１、入出力インターフェース３２、ＣＰＵ３３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５、バックアップＲＡＭ３６、クロック発生回路３７等を備える。前記吸気圧センサ８の検出信号、空燃比センサ１６の検出信号及び水温センサ２３の検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ３１に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバス３８を介してＣＰＵ３３に入力される。また、前記スロットル開度センサ６の検出信号、クランク角センサ２１のパルス信号、及び回転角センサ２２のパルス信号は、入出力インターフェース３２及びバス３８を介してＣＰＵ３３に入力される。ＣＰＵ３３は、各検出信号に基づいて吸気圧（ＰＭ）、空燃比（Ａ／Ｆ）、冷却水温（Ｔｗ）、スロットル開度、基準クランク位置及び機関回転数（Ｎｅ）を検知する。
【００２５】
さらに、ＥＣＵ３０には、前記インジェクタ１８の駆動を制御するためのダウンカウンタ３９、フリップフロップ４０及びインジェクタ駆動回路４１が設けられている。すなわち、後述する燃料噴射量制御ルーチンで燃料噴射量が演算されると、その演算結果がダウンカウンタ３９に設定され同時にフリップフロップ４０もセット状態とされる。この結果、インジェクタ駆動回路４１によりインジェクタ１８が通電され燃料噴射が開始される。また、ダウンカウンタ３９がクロックパルス（図示せず）の計数を開始し、ダウンカウンタ３９の値が「０」になるとフリップフロップ４０がリセットされる。そして、インジェクタ駆動回路４１によりインジェクタ１８への通電が遮断されると、燃料噴射が停止される。すなわち、ＥＣＵ３０で演算された期間だけインジェクタ１８が通電され、演算結果に応じた燃料が内燃機関１の各気筒に供給される。
【００２６】
また特に、本実施の形態の燃料噴射システムでは、吸気行程にかかるように前記インジェクタ１８による燃料噴射を実行する、いわゆる「吸気同期噴射制御」が採用されており、かかる制御では、燃料噴射量や機関回転数に関係無く当該噴射の終了時期が固定される。こうした噴射制御によれば、吸気弁１４の開弁時期にインジェクタ１８による噴射燃料を直接筒内に導入できるため、例えば車両加速時等のレスポンスが向上するといったメリットが得られる。
【００２７】
このように構成された燃料噴射量制御装置において、インジェクタ近傍（吸気ポート１７）の燃料挙動を図２を用いて以下に説明する。図２は、インジェクタ近傍における燃料挙動シミュレーションモデルを示す模式図である。なお、本シミュレーションモデルでは、時刻を表すインデックスを「ｋ」として示す。
【００２８】
図２において、「Ｆｉ（ｋ）」は時刻ｋにインジェクタ１８により噴射される燃料量（噴射燃料量）を、「Ｆｍｗ（ｋ）」は時刻ｋに吸気ポート１７の壁面に付着している燃料量（壁面付着燃料量）を、「Ｆｃ（ｋ）」は時刻ｋに筒内（シリンダ９内）へ流入する燃料量（筒内流入燃料量）を、それぞれ示す。かかる場合、時刻ｋの噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）のうち、吸気ポート１７の壁面に付着する割合（壁面付着率）を「Ｒｍ」とし、時刻ｋの壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）のうち、吸気ポート１７の壁面に残留する割合（残留率）を「Ｐｍ」とすれば、以下の式（１），式（２）が成立する。なお、この式は、Ｃ．Ｆ．アキノの式として一般に知られている。
【００２９】
Ｆｍｗ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ−１）・Ｒｍ＋Ｆｍｗ（ｋ−１）・Ｐｍ…（１）
この式(１)によれば、時刻ｋでの壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）は、前回の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ−１）及び壁面付着率Ｒｍの積と、前回の壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ−１）及び残留率Ｐｍの積との和により求められることとなる。
【００３０】
Ｆｃ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ）・（１−Ｒｍ）＋Ｆｍｗ（ｋ）・（１−Ｐｍ）…（２）
この式(２)によれば、時刻ｋでの筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）は、今回の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）から今回の燃料付着分を減算した値と、今回の壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）から今回の燃料残留分を減算した値との和により求められることとなる。
【００３１】
また、目標空燃比λ（理論空燃比）での燃料の燃焼を実現する場合において、吸気流量を「Ｑ（ｋ）」とすれば、実際に筒内に流入すべき目標流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）は次の式（３）により求められる。
【００３２】
Ｆｃｒ（ｋ）＝Ｑ（ｋ）／λ …（３）
この場合、インジェクタ近傍での燃料挙動を表す前記の式（１），式（２）が実際の燃料挙動と一致するとすれば、
Ｆｃｒ（ｋ）＝Ｆｃ（ｋ） …（４）
が成立する。なお、吸気流量Ｑ（ｋ）は、吸気圧ＰＭ及び機関回転数Ｎｅをパラメータとするマップから基本吸入空気量を求め、該求められた基本吸入空気量をその時の吸気温度で補正することから算出できる。
【００３３】
従って、目標空燃比λでの燃焼を実現する際において、インジェクタ１８による噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）は、前記式（２）を変形することにより次の式（５）から求められることとなる。
【００３４】

この場合、燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）を求めるには、前記式（１）から算出される壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）が用いられる。
【００３５】
以上の各式において、インジェクタ１８による噴射燃料の壁面付着率Ｒｍ並びに残留率Ｐｍの正しい値を求め、それにより前記式（５）を解くことができれば、インジェクタ１８に要求される噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）が適正に算出できることとなる。
【００３６】
ここで、従来一般には、壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍは固定値として扱われていた。しかし、これら壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍは、吸気管２内の位置によって異なる値となるため、必ずしも一定値とは限らない。そこで、本実施の形態ではその特徴として、例えば図３に示すように、吸気ポート１７近傍を複数のエリアに分割し、そのエリア毎に機関運転状態に応じて前記壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍのパラメータを付与する。そして、サイクル毎及びエリア毎に燃料挙動を推定する。
【００３７】
上記実施の形態において、吸気ポート１７近傍のエリア分割は、吸気弁１４からの距離に応じて分割するものとする。すなわち、各エリアを表すインデックスを「ｉ」とし、このエリアインデックスに「１」〜「ｎ」の番号を付す。より具体的には、図６にも併せ示すように、
・エリアインデックスｉ＝１は吸気弁１４の上面のエリアに、
・エリアインデックスｉ＝２は吸気弁１４の上流側０〜５ｍｍのエリアに、
・エリアインデックスｉ＝３は吸気弁１４の上流側５〜１０ｍｍのエリアに、
・エリアインデックスｉ＝４は吸気弁１４の上流側１０〜１５ｍｍのエリアに、
・エリアインデックスｉ＝５は吸気弁１４の上流側１５〜２０ｍｍのエリアに、
といった具合に各々のエリアが割り当てられる（ｉ＝６以降も上記の如く割り当てられる）。そして、吸気管２内の最上流側のエリアインデックスｉ＝ｎは、インジェクタ１８の燃料吹き出し口からサージタンク７までの間の任意の領域において内燃機関１の仕様に応じて機関毎に設定される。
【００３８】
従って、上記の如くエリア分割してそのエリア毎に、壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ），壁面付着率Ｒｍｉ，残留率Ｐｍｉを設定するようにすれば、前記式（５）は、次の式（６）のようになる。
【００３９】
【数１】

【００４０】
上記の式（６）において、各エリアにおける残留率及び付着率を示すパラメータＰｍｉ，Ｒｍｉは、実験によって求めることのできる定数であって、機関運転時において学習することも可能である。因みに、エリア毎（１〜ｎのエリアインデックス毎）の壁面付着率Ｒｍｉ及び残留率Ｐｍｉは、図７及び図８に示すような傾向にあることが本発明者により確認されている。同図によれば、壁面付着率Ｒｍｉは吸気管２の下流側ほど大きくなり、これに対し、残留率Ｐｍｉは吸気管２の上流側ほど大きくなることが分かる。Ｒｍｉ値，Ｐｍｉ値は、こうした傾向を有する特性に基づいて設定されるようになっている。
【００４１】
なお、機関回転数Ｎｅ，吸気圧ＰＭ，冷却水温Ｔｗに応じて壁面付着率Ｒｍｉ及び残留率Ｐｍｉを算出することも可能であり、かかる場合には、これらの機関回転数Ｎｅ，吸気圧ＰＭ，冷却水温Ｔｗからなる３次元マップを用いて前記パラメータＰｍｉ，Ｒｍｉを算出できる構成とすれば、ＥＣＵ３０の処理速度を損なうことなく上記パラメータの設定が可能となる。
【００４２】
図４及び図５は、上述した燃料噴射量制御を実現するための手順を示すフローチャートであり、同処理は各気筒の燃料噴射毎（４気筒であれば１８０°ＣＡ毎）にＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３により実行される。
【００４３】
本ルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３３は、先ずステップ１０１〜１０４で筒内目標空燃比λを算出する。詳しくは、ＣＰＵ３３は、ステップ１０１で内燃機関１の制御上の目標空燃比（便宜上、制御目標空燃比λａと言う）を設定する。また、ＣＰＵ３３は、続くステップ１０２で空燃比センサ１６の出力により得られる空燃比（便宜上、排気空燃比λｂと言う）が計測可能であるか否かを判別する。ここで、ステップ１０２の判別処理は、周知の空燃比フィードバック制御条件を判別する処理に相当し、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、空燃比センサ１６が活性状態であること、機関が高回転・高負荷状態であること等を含む。
【００４４】
そして、ステップ１０２が否定判別されれば（フィードバック条件が不成立の場合）、ＣＰＵ３３はステップ１０３に進んでその時の制御目標空燃比λａを排気空燃比λｂとして設定した後、ステップ１０４に進む。また、前記ステップ１０２が肯定判別されれば（フィードバック条件成立の場合）、ＣＰＵ３３はステップ１０３をバイパスしてそのままステップ１０４に進む。ステップ１０４において、ＣＰＵ３３は、制御目標空燃比λａの２乗を排気空燃比λｂで除算して筒内目標空燃比λを算出する。
【００４５】
その後、ＣＰＵ３３は、ステップ１０５で前述の式（３）を用いて、筒内へ流入すべき目標流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）を算出する。次いで、ＣＰＵ３３は、ステップ１０６で前記図３に示すように分割されたエリア毎の壁面付着率Ｒｍｉ及び残留率Ｐｍｉを読み込む。このとき、読み込まれるＲｍｉ値及びＰｍｉ値は、前記図７及び図８に示す関係に従うものであるが、機関回転数Ｎｅ，吸気圧ＰＭ，冷却水温Ｔｗに応じて設定するようにしてもよい。
【００４６】
また、ＣＰＵ３３は、続くステップ１０７で吸気ポート１７内に付着した燃料の成分を示す燃料性状パラメータρをエリアインデックスｉ（＝１〜ｎ）毎に設定する。つまり、この燃料性状パラメータρは、吸気管壁面に付着し残留した燃料の揮発度合を表すものであり、このパラメータρについてもやはり、吸気弁１４からの位置に応じて異なる値を有する。かかる場合、吸気管下流側に付着し残留している燃料の多くは、インジェクタ１８から噴射供給された直後のもの（新規燃料）であるため、その燃料性状パラメータρは比較的小さい値になり、逆に吸気管上流側に付着し残留している燃料の多くは重質で、その燃料性状パラメータρは比較的大きな値となる傾向にある。
【００４７】
またさらに、前記の燃料性状パラメータρは、例えば、
・燃料が付着してからの経過時間ｔｆ、
・冷却水温Ｔｗ（或いは、吸気管壁面温度）、
・吸気圧ＰＭ、
といった燃料の蒸発特性に影響を与える因子によって変動する。
【００４８】
すなわち、燃料が付着してからの経過時間ｔｆが大きくなると、比較的軽質な燃料は気化すると共に比較的重質な燃料は付着した状態を保つ。そのためかかる場合には、燃料性状パラメータρを大きくする方向に設定する。つまり、図９に示すように、経過時間ｔｆが大きくなるほど、燃料性状パラメータρを大きな値に設定する。
【００４９】
また、冷却水温Ｔｗ（壁面温度）が高くなると、所定温度を境に付着燃料は蒸発し易い状態になる。そのためかかる場合には、燃料性状パラメータρを小さくする方向に設定する。つまり、図１０に示すように、冷却水温Ｔｗが高くなるほど、燃料性状パラメータρを小さな値に設定する。
【００５０】
さらに、絶対圧としての吸気圧ＰＭが小さくなる方向へ変動した際（吸気管負圧が大きくなる際）には、付着燃料は蒸発し易くなる。そのためかかる場合には、燃料性状パラメータρを小さくする方向に設定する。つまり、図１１に示すように、吸気圧（絶対圧）ＰＭが大きくなるほど、燃料性状パラメータρを大きな値に設定する。
【００５１】
そして、以上のような燃料性状パラメータρの特性を考慮しつつ、ＣＰＵ３３はエリア毎に燃料性状パラメータρｉを設定すると共に、ステップ１０８で前記設定した燃料性状パラメータρｉにより残留率Ｐｍｉを補正する。かかる場合、残留率Ｐｍｉの補正に際しては、エリアインデックスｉを照合させながら、当該エリア毎の残留率補正を実施する（Ｐｍｉ＝Ｐｍｉ・ρｉ）。
【００５２】
その後、ＣＰＵ３３は、ステップ１０９でその時の機関回転数Ｎｅに応じて壁面付着率Ｒｍｉを補正する。要するに、既述した通り本実施の形態における燃料噴射システムでは、吸気行程を狙い燃料噴射を実行する、いわゆる「吸気同期噴射制御」を採用している。従って、図１３に示すように、例えば６００ｒｐｍ，１２００ｒｐｍ，１８００ｒｐｍといった各機関回転数Ｎｅにおいて、いずれも燃料噴射量が同一である場合、低回転域（６００ｒｐｍ）では吸気弁１４の開弁時期にのみ燃料噴射が実施され、これに対し中回転域以上（１２００ｒｐｍ，１８００ｒｐｍ）では燃料噴射が吸気弁１４の開弁前の閉弁時期にかかることになる。因みに、図１３の横軸は機関１の回転に伴うクランク角度を示す。
【００５３】
つまり、内燃機関１の中・高回転域では、燃料が壁面に付着し易くなり、吸気弁１４が開弁している時の噴射燃料と、閉弁している時の噴射燃料とでは、自ずと壁面付着率Ｒｍｉ（例えば吸気弁上面に付着する燃料量）が変化する。そのため、機関回転数Ｎｅに応じて壁面付着率Ｒｍｉを算出し、適切な燃料挙動が把握できるようにしている。こうした実状から、例えば図１２に示す関係を用い、機関回転数Ｎｅが大きくなるほど、すなわち高回転域になるほど、壁面付着率Ｒｍを大きくする方向に更新する。
【００５４】
次いで、ＣＰＵ３３は、ステップ１１０で前述の式（６）に基づき、インジェクタ１８による実際の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）を算出する。このとき、噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）は、吸気ポート近傍領域の全域（エリアインデックスｉ＝１〜ｎ）における燃料の付着及び残留の度合を加味した値として算出されることになる。
【００５５】
さらに、ＣＵＰ３３は、ステップ１１１で時刻インデックスｋを「ｋ＋１」としたときの壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ＋１）を、
Ｆｍｗ（ｋ＋１）＝Ｐｍｉ・Ｆｍｗｉ（ｋ）＋Ｒｍｉ・Ｆｉ（ｋ）
といった数式により、各エリア毎に算出する。
【００５６】
その後、ＣＰＵ３３は、図５のステップ１１２に進み、同ステップ１１２〜１１８において時刻インデックスが「ｋ＋１」での壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）が機関定常状態を基準に予め設定されている最大付着量Ｆｍｗｉmax 以下であるか否かを、エリアインデックスｉが小さいものから順に当該インデックス毎に判定すると共に、Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）値がＦｍｗｉmax 値を越える場合には、その差分である過剰量δ（＝Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）−Ｆｍｗｉmax ）を算出して同過剰量δにより壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）を補正する。
【００５７】
詳しくは、ＣＰＵ３３は、ステップ１１２でエリアインデックスｉを最小値である「１」に設定し、続くステップ１１３で壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）が最大付着量Ｆｍｗｉmax 以下であるか、すなわち、
Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）≦Ｆｍｗｉmax
が成立するか否かを判別する。この場合、ステップ１１３が肯定判別されれば、ＣＰＵ３３は壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ＋１）が過剰でないとみなし、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５８】
一方、ステップ１１３が否定判別される場合、すなわち、
Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）＞Ｆｍｗｉmax
となる場合、ＣＰＵ３３はステップ１１４に進み、エリアインデックスｉが最大値の「ｎ」になったか否かを判別する。例えば前記ステップ１１３が否定判別された当初はエリアインデックスｉが比較的小さい値で「ｎ」に達していないため、ＣＰＵ３３はステップ１１４を否定判別してステップ１１５に進む。
【００５９】
そして、ＣＰＵ３３は、ステップ１１５でエリアインデックスｉでの壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）から同じくエリアインデックスｉでの最大付着量Ｆｍｗｉmax を減算して過剰量δを算出する（δ＝Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）−Ｆｍｗｉmax ）。また、ＣＰＵ３３は、ステップ１１６で今回演算したエリアにおける壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）を、当該エリアの最大付着量Ｆｍｗｉmax により書き換える。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ３３は、ステップ１１７でエリアインデックスｉを「１」インクリメントすると共に、続くステップ１１８でエリアインデックスｉが「１」加算されたエリア（インデックス更新前のエリアよりも吸気管上流側で、且つそのエリアに隣接するエリア）での壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）を、前記算出した過剰量δにより補正する。具体的には、過剰量δを加算して壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）を更新する（Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）＝Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）＋１）。
【００６１】
その後、ＣＰＵ３３は、ステップ１１３に戻り、ステップ１１３或いはステップ１１４が肯定判別されるまでステップ１１３〜１１８の処理を繰り返し実行する。つまり、エリアインデックスｉが「ｎ」に達する前に前記ステップ１１３が肯定判別されれば、その時点で本ルーチンが終了され、エリアインデックスｉが「ｎ」に達するまで前記ステップ１１３が否定判別され続ければ、ステップ１１４が肯定判別された時点で本ルーチンが終了されることになる。
【００６２】
以上ステップ１１２〜１１８の処理によれば、吸気ポート１７近傍における各エリア毎にその付着燃料の過剰量δに応じた壁面付着燃料量Ｆｍｗｉ（ｋ＋１）の補正が適正に実施されるようになる。そして、この補正されたＦｍｗｉ（ｋ＋１）値は、次回の処理実行時において噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）の演算に用いられる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、図４のステップ１０６，１０８，１０９が請求項記載のエリア別パラメータ設定手段に、ステップ１１０〜１１８が燃料噴射量補正手段に、ステップ１０７が燃料性状パラメータ設定手段にそれぞれ相当する。また特に、ステップ１１０が加算手段及び実噴射量算出手段に、ステップ１１１〜１１８がエリア別付着燃料量算出手段に相当する。
【００６４】
以上、詳述した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、吸気ポート１７の近傍領域を複数のエリアに分割し、該エリア毎に壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍ（燃料挙動を表すパラメータ）を設定するようにした。また、分割されたエリア毎の個々の壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍに基づき、吸気ポート近傍領域の全域における燃料の付着及び残留の度合を算出すると共に、該算出結果に応じてインジェクタ１８による噴射燃料量Ｆｉを補正するようにした。このように、吸気ポート近傍のエリア毎に壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍを設定すれば、これらのパラメータ（Ｒｍ値，Ｐｍ値）がより高精度に求められることになる。そして、これらパラメータを用いてインジェクタ１８による燃料噴射量を制御すれば、定常運転状態や過渡運転状態等、いかなる機関運転状態下においても安定した空燃比制御が実現できるようになる。その結果、従来装置のようにパラメータ変動時において空燃比の制御精度が極端に低下して、それによりトルク変動に起因するドライバビリティの悪化や、排気エミッションの悪化等を招くといった問題が解消される。
【００６５】
（ｂ）より具体的には、分割されたエリア毎に壁面付着燃料量Ｆｍｗｉを算出すると共に、その壁面付着燃料量Ｆｍｗｉを吸気ポート近傍領域の全域（エリアインデックスｉ＝１〜ｎ）にて加算し、その加算結果を基にインジェクタ１８による実際の噴射燃料量Ｆｉを算出するようにした（前記式（６）参照）。かかる場合、吸気ポート近傍領域における吸気通路内の壁面付着燃料量Ｆｍｗの総量が精度良く求められる。そして、この壁面付着燃料量Ｆｍｗの総量をインジェクタ１８による噴射燃料量Ｆｉに反映させることで、燃料噴射の制御精度も確実に向上することになる。
【００６６】
（ｃ）また、本実施の形態では、エリア毎の壁面付着燃料量Ｆｍｗｉを予め設定されている最大付着量Ｆｍｗｉmax と比較し、前者が後者を越える場合（Ｆｍｗｉ＞Ｆｍｗｉmax の場合）にはその差分である過剰量δに基づいて隣接するエリアの壁面付着燃料量Ｆｍｗを補正するようにした。こうした処理によれば、壁面付着燃料量Ｆｍｗがより一層正確に求められることになる。
【００６７】
（ｄ）さらに本実施の形態では、エリア毎に燃料性状パラメータρｉを設定し、この燃料性状パラメータρｉを対比させつつ、エリア毎に残留率Ｐｍｉを算出するようにした。かかる場合、残留率Ｐｍが燃料の性状に応じて適正に算出されることになる。
【００６８】
（ｅ）燃料付着からの経過時間ｔｆ、冷却水温Ｔｗ、吸気圧ＰＭ等、燃料の蒸発特性に応じて燃料性状パラメータρｉを可変に設定するようにしたため、当該パラメータρｉがより適確に把握できると共に、ひいては残留率Ｐｍの演算精度が向上することになる。
【００６９】
（ｆ）本実施の形態では、吸気行程にかかるようにインジェクタ１８による燃料噴射を実行する、「吸気同期噴射制御」を採用したシステムを具体化し、そのシステムにおいて、機関回転数Ｎｅに応じて壁面付着率Ｒｍを補正するようにした。この場合、内燃機関１の低回転域では吸気弁１４の開弁時期にのみ燃料噴射が実施され、これに対し機関１の中・高回転域では燃料噴射が吸気弁１４の開弁前の閉弁時期にかかることになる。従って、吸気弁１４が開弁している時の噴射燃料と閉弁している時の噴射燃料とでは、自ずと燃料の壁面付着率Ｒｍが変化する、すなわち機関回転数Ｎｅに応じて当該Ｒｍ値が変化することになるが、こうした吸気同期噴射制御の実施によるＲｍ値の変動の際にも、燃料挙動が適確に把握できることとなる。
【００７０】
（ｇ）また、上記（ｅ），（ｆ）の構成によれば、車両の加速或いは減速等における内燃機関１の過度運転時にあっても、より正確にその時の機関運転状態に応じた吸気管２内の燃料挙動が予測でき、高精度な燃料噴射量制御が実行できるようになる。
【００７１】
（ｈ）併せて、吸気弁１４からの距離に応じて複数のエリアを分割設定するようにした。つまり、壁面付着率Ｒｍ或いは残留率Ｐｍは、吸気ポート１７の最下流位置（例えば吸気弁上面）を基準として所定の関係を有し、この関係はある程度一義的にシミュレートできる（図７及び図８参照）。従って、例えば複数エリアを吸気弁１４からの距離に応じて等間隔で分割するように設定すれば、各エリア毎の燃料挙動が把握し易くなるという効果が得られる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。但し、本実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００７３】
本実施の形態の装置では、上記第１の実施の形態におけるエリア毎のパラメータ設定処理に加え、内燃機関１の負荷状態の絶対量に基づいて時刻ｋにおける壁面付着率Ｒｍ（ｋ）や残留率Ｐｍ（ｋ）を可変に設定する処理を併せ実施することを特徴とする。例えば、内燃機関１の負荷状態として、例えば吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｗ、シリンダ壁温、スロットル開度、アクセル開度等を用い、それらの検出結果を壁面付着率Ｒｍ（ｋ）及び残留率Ｐｍ（ｋ）に反映させるようにする。具体的には、壁面付着率Ｒｍ（ｋ）及び残留率Ｐｍ（ｋ）を例えば吸気圧ＰＭに基づいて、以下のように決定する。
【００７４】
【数２】

【００７５】
前記の式（７）において、ａ，ｂ，ｃ，ｄは実験によって求めることのできる定数であって、機関運転時に学習することも可能である。吸気圧ＰＭが絶対値〔ｋＰａ．ａｂｓ．〕で表される場合、「０＜ａ＜０．０１」、「−０．００１＜ｂ≦０」、「−０．０１＜ｃ＜０」、「０＜ｄ＜１」である。
【００７６】
上記パラメータを可変に設定する際の根拠をより具体的に説明すれば、例えば車両加速時においてスロットル弁５の開放動作に伴い吸気圧ＰＭが正側に変化した場合、すなわちＰＭ（ｋ＋１）＞ＰＭ（ｋ）となる場合には、ＰＭ（ｋ）時に比較して、ＰＭ（ｋ＋１）時には、インジェクタ１８による噴射燃料が霧化しにくくなり（液滴な燃料となる）、噴射燃料が吸気管壁面に付着する割合が増加する（壁面付着率Ｒｍが増加する）。また、かかる場合において、吸気流速が増加するため、壁面付着燃料は、ＰＭ（ｋ）時に比べ、ＰＭ（ｋ＋１）時には筒内に押し流され易くなる。そのため、当該壁面付着燃料が該壁面に残留する割合が減少する（残留率Ｐｍが減少する）。すなわち、ＰＭ（ｋ）が増加傾向にある場合には、壁面付着率Ｒｍを増加側の値に設定すると共に、残留率Ｐｍを減少側の値に設定すればよいことになる。
【００７７】
一方、例えば車両減速時においてスロットル弁５の絞り動作に伴い吸気圧ＰＭが負側に変化した場合、すなわちＰＭ（ｋ＋１）＜ＰＭ（ｋ）となる場合には、インジェクタ１８による噴射燃料が霧化し易くなり（燃料が微粒化される）、噴射燃料が壁面に付着する割合が減少する（壁面付着率Ｒｍが減少する）。また、かかる減速時には吸気流速が減少するため、壁面付着燃料の筒内への流入は少なくなり、該壁面付着燃料が壁面に残留する割合が増加する（残留率Ｐｍが増大する）。すなわち、ＰＭ（ｋ）が減少傾向にある場合には、壁面付着率Ｒｍを減少側の値に設定すると共に、残留率Ｐｍを増加側の側に設定すればよいことになる。
【００７８】
ここで、参考までに図１４には、吸気圧ＰＭの絶対値〔ｋＰａ．ａｂｓ．〕に対応する各パラメータＰｍ，Ｒｍの計測データを示しておく。同図によれば、計測データからも既述した各パラメータＰｍ，Ｒｍの増加又は減少傾向が解明できる。
【００７９】
上記実施の形態の構成によれば、燃料挙動モデルのパラメータである壁面付着率Ｒｍ及び残留率Ｐｍが内燃機関１の負荷状態を表す吸気圧ＰＭの絶対値に対応させて設定される。そのため、その時々の機関運転状態に応じて所望の燃料噴射量を内燃機関に噴射供給することができるようになる。
【００８０】
図１５は、吸気圧ＰＭの変化に伴う排気空燃比（Ａ／Ｆ）の変動を示すタイムチャートである。同図の排気空燃比において、実線は本実施の形態の装置における推移を示し、破線は従来装置における推移を示す。同図に示すように、燃料挙動のパラメータを固定とする従来装置では、吸気圧ＰＭの変動に伴い排気空燃比が目標空燃比から大きく外れるが、本実施の形態の装置では、排気空燃比の変動が少なくなり、空燃比が目標値にいち早く収束するのが分かる。
【００８１】
因みに、この第２の実施の形態において、前記図１４の数値データを予めマップとしてメモリに記憶させておき、このマップデータを用いて吸気圧ＰＭの絶対値に対応する各種パラメータを設定するようにしてもよい。このとき、各パラメータの値をマップから読み取ることで、より簡便に当該パラメータの可変設定が実現できる。こうした数値マップは、使用環境や経時変化に基づいて適宜学習するようにしてもよい。
【００８２】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
上記第１の実施の形態では、燃料付着からの経過時間ｔｆ、冷却水温Ｔｗ（吸気管壁面温度）、吸気圧ＰＭ等、燃料の蒸発特性に応じて燃料性状パラメータρをエリア毎に可変に設定する旨を記載したが（前記図４のステップ１０７）、この構成を変更してもよい。例えばエリアインデックスｉ＝１〜ｎの燃料性状パラメータρｉを各個に設定するのではなく、いずれかのエリア（例えばｉ＝１のエリア）における燃料性状パラメータρｉを１つだけ設定し、その１つのρｉ値をエリア毎の残留率Ｐｍｉの設定処理に反映させてもよい。また、吸気管壁面温度を検出するためのセンサを付設し、前記冷却水温Ｔｗに代えて吸気管壁面温度に応じて燃料性状パラメータρを設定するようにしてもよい。またさらに、この燃料性状パラメータρを設定する処理自体を廃止すると共に、同パラメータρによる残留率Ｐｍの補正処理も廃止し、演算処理の簡素化並びに演算負荷の軽減を図るようにしてもよい。
【００８３】
Ｌ−Ｊ方式、すなわちエアフロメータによって吸入空気量を演算する方式を適用する場合において、機関回転数と吸入空気量とからその時の吸気圧を算出し、前記算出した吸気圧に基づいて、燃料性状パラメータρを補正するようにしてもよい。
【００８４】
上記実施の形態の装置では、吸気行程にかかるようにインジェクタ１８による燃料噴射を実行する、「吸気同期噴射制御」を採用したシステムを具体化したが、この噴射制御システムを変更し、吸気行程前に燃料噴射時期を設定するような制御システムの装置に本発明を具体化してもよい。かかる場合、前記図４のフローチャートにおけるステップ１０９のような機関回転数Ｎｅに応じた壁面付着率Ｒｍの補正が不要となる。
【００８５】
上記実施の形態では、吸気ポート１７の近傍にて分割される複数のエリアを、吸気弁１４からの距離に応じて等間隔に設定したが（図３及び図６参照）、この構成を変更してもよい。例えば、インジェクタ１８の配設位置や吸気管２の形状又は内径寸法等に応じて、エリアの分割間隔や分割位置を任意に変更してもよい。特に、インテークマニホールドにおいては、気筒毎に分岐管の長さや形状が異なるため、気筒毎にエリア設定を変更してもよい。
【００８６】
また、上記第１の実施の形態では、図５のステップ１１２〜１１８の処理において、壁面付着燃料量Ｆｍｗを、最大付着量Ｆｍｗmax との大小比較に基づきその過剰量δ分だけ補正するようにしていたが、この処理を廃止し、演算処理の簡素化並びに演算負荷の軽減を図るようにしてもよい。
【００８７】
上記実施の形態では、マルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムにて燃料噴射量制御装置を具体化したが、これに代えてシングルポイントインジェクション（ＳＰＩ）システムにて本制御装置を具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における内燃機関の燃料噴射量制御装置の概略を示す構成図。
【図２】吸気ポート近傍における燃料挙動シミュレーションモデルを示す模式図。
【図３】吸気ポート近傍における燃料挙動シミュレーションモデルを示すと共に、吸気ポート近傍にて複数に分割されたエリアを示す模式図。
【図４】第１の実施の形態における燃料噴射量制御手順を示すフローチャート。
【図５】図４に続いて、燃料噴射量制御手順を示すフローチャート。
【図６】吸気ポート近傍における燃料挙動シミュレーションモデルを示すと共に、吸気ポート近傍にて複数に分割されたエリアを示す模式図。
【図７】エリアインデックスｉと壁面付着率Ｒｍとの関係を示す図。
【図８】エリアインデックスｉと残留率Ｐｍとの関係を示す図。
【図９】燃料付着からの経過時間ｔｆと燃料性状パラメータρとの関係を示すグラフ。
【図１０】冷却水温Ｔｗと燃料性状パラメータρとの関係を示すグラフ。
【図１１】吸気圧ＰＭと燃料性状パラメータρとの関係を示すグラフ。
【図１２】機関回転数Ｎｅと壁面付着率Ｒｍとの関係を示すグラフ。
【図１３】吸気同期噴射制御の概要を説明するための図。
【図１４】第２の実施の形態において、吸気圧の絶対値と付着率及び残留率との関係を示すグラフ。
【図１５】第２の実施の形態において、壁面付着率及び残留率を吸気圧に応じて可変に設定した時の効果を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…吸気管、１４…吸気弁、１７…吸気ポート、１８…インジェクタ、３３…エリア別パラメータ設定手段，燃料噴射量補正手段，エリア別付着燃料量算出手段，加算手段，実噴射量算出手段，燃料性状パラメータ設定手段を構成するＣＰＵ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present description relates to a fuel injection amount control device for an internal combustion engine that controls a fuel amount to be injected and supplied to the internal combustion engine using a parameter representing a fuel behavior in the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of control device, a technique for controlling the amount of fuel supplied to the engine based on a fuel behavior simulation model in an intake system of an internal combustion engine is known (for example, JP-A-6-280648). ). In such a control device, a fuel behavior model is used in which the behavior of fuel flowing into the cylinder of the internal combustion engine is expressed numerically with the amount of fuel adhering to the wall surface of the intake pipe of the internal combustion engine and the amount of evaporation thereof as parameters. Then, the amount of fuel required for the internal combustion engine is calculated based on the operating condition of the internal combustion engine and the target value of the air-fuel ratio, and the calculated request is calculated according to the fuel behavior model that formulates the behavior of the fuel. The amount of fuel is corrected to the amount of fuel to be actually supplied.
[0003]
In this way, in the above control device, the amount of fuel injected and supplied to the internal combustion engine is controlled according to the fuel behavior model using the parameter representing the behavior of the fuel flowing into the cylinder. For this reason, as long as these parameters are set appropriately, the air-fuel ratio of the internal combustion engine can be brought close to the ideal air-fuel ratio, and the fuel supply amount can be appropriately controlled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional control devices use the parameters corresponding to the steady operation after engine warm-up, and C.I. F. A well-known formula is used as it is as an Aquino formula to calculate the amount of fuel adhering to the intake system of the internal combustion engine. Based on the calculated amount of attached fuel, the amount of fuel to be injected into the engine is determined. For this reason, when the parameter fluctuates due to various factors, the fuel behavior such as the amount of attached fuel cannot be accurately predicted, and the amount of fuel actually flowing into the cylinder cannot be correctly recognized. In other words, the fuel behavior in the vicinity of the injector is mainly determined by using the fuel wall adhesion rate (= 1-direct inflow rate) and the residual rate of the attached fuel (= 1-take-off rate) as parameters. Can be simulated. However, in the existing control device, these parameters (the wall surface adhesion rate and the residual rate) are given as fixed values, so that when the amount of fuel adhering to the wall surface fluctuates, the desired fuel injection amount control cannot be continued. There was a problem. As a result, the control accuracy of the air-fuel ratio is drastically lowered when the parameter is changed, which causes deterioration of drivability and exhaust emission due to torque fluctuation.
[0005]
The present invention has been made in view of such a situation, and in controlling the amount of fuel to be injected and supplied to the engine using a parameter representing the dynamic behavior of the fuel in the internal combustion engine, the engine is operated under any engine operating condition. It is an object of the present invention to provide a fuel injection amount control device for an internal combustion engine that can properly maintain the fuel injection amount to the engine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a dynamic behavior model of fuel flowing into a cylinder of an internal combustion engine is used as a premise, and the wall surface adhesion rate and the residual rate of the fuel near the intake port are used as the dynamic behavior model. As a parameter, the fuel injection amount by the injector is controlled. That is, in the present invention, the dynamic behavior model of the fuel is analyzed from the wall surface adhesion rate and the residual rate of the injected fuel near the intake port. The “intake port vicinity region” described in this specification refers to a region including not only the intake port portion of the engine cylinder head but also the upstream side and the downstream side of the injector, and for example, intake air from a surge tank provided in the intake passage. The area up to the upper surface of the valve corresponds to the vicinity of the intake port.
[0007]
Therefore, the fuel behavior in the vicinity of the intake port is attached to the intake passage wall surface upstream of the injector due to the blowback flow from the cylinder of the internal combustion engine in addition to the factors that adhere to and remain on the intake passage wall surface downstream of the injector. And a factor that remains and a factor that adheres to and remains on the upper surface of the intake valve (the intake port side of the valve).
[0008]
The invention described in claim 1 is characterized in that the area near the intake port is divided into a plurality of areas, and the parameter setting means for each area for setting the wall surface adhesion rate and the residual rate for each area, and the division. Fuel injection that calculates the degree of fuel adhesion and remaining in the entire area near the intake port based on the individual wall surface adhesion rate and residual rate for each area, and corrects the fuel injection amount by the injector according to the calculation result A quantity correction means.
[0009]
In short, in the vicinity of the intake port, the parameters (wall surface adhesion rate and residual rate) of the fuel dynamic behavior model have different values depending on the position from the upstream side to the downstream side of the intake passage. Therefore, if the area near the intake port is divided into a plurality of areas and the parameters (wall surface adhesion rate and residual rate) are set for each area as in the above configuration, these parameters can be obtained with higher accuracy. Become. By controlling the fuel injection amount by the injector using these parameters, stable air-fuel ratio control can be realized under any engine operating condition. As a result, as in the conventional apparatus, the control accuracy of the air-fuel ratio is extremely lowered at the time of parameter fluctuation, thereby eliminating problems such as deterioration of drivability due to torque fluctuation and deterioration of exhaust emission. .
[0010]
Incidentally, when each area divided on the basis of the most downstream side of the intake passage is represented by “area index i”, the wall surface adhesion rate “Rmi” and the residual for each area (for each area index of 1 to n) The inventor has confirmed that the rate “Pmi” tends to be as shown in FIGS. 7 and 8. Here, i = 1 corresponds to the most downstream area of the intake passage, and i = n corresponds to the most upstream area of the intake passage. According to the figure, it can be seen that the wall surface adhesion rate Rmi increases toward the downstream side of the intake passage, whereas the residual rate Pmi increases toward the upstream side of the intake passage. The Rmi value and the Pmi value are set based on characteristics having such a tendency.
[0011]
Further, as a more specific configuration of the fuel injection amount correction means in the above invention, as described in claim 2,
An area-specific adhered fuel amount calculating means for calculating an adhered fuel amount for each of the divided areas;
Adding means for adding the calculated amount of adhering fuel for each area over the entire area near the intake port;
An actual injection amount calculating means for correcting the target inflow fuel amount into the cylinder based on the addition result by the adding means and calculating an actual fuel injection amount by the injector;
Should be provided.
[0012]
That is, the amount of fuel adhering in the intake passage in the vicinity of the intake port varies depending on the area corresponding to the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm as shown in FIGS. Therefore, if the amount of attached fuel is calculated for each area so as to correspond to these Rm value and Pm value, and the calculated value for each area is added, the total amount of attached fuel can be obtained with high accuracy. If the total amount of the adhered fuel is reflected in the fuel injection amount by the injector, the control accuracy of the fuel injection amount can be improved with certainty.
[0013]
In the invention described in claim 2, as described in claim 3, the amount of adhered fuel for each divided area is compared with a preset maximum adhered amount, and the former exceeds the latter ( In the case where the amount of fuel adhering to each area> the maximum amount of adhering), it is desirable to correct the amount of adhering fuel in adjacent areas based on the excess amount that is the difference. That is, the maximum amount of attached fuel on the wall surface in the intake passage is determined by the shape of the intake passage, the fuel injection characteristics, and the like. In addition, the amount of attached fuel continuously changes between areas adjacent to each other. Therefore, when the amount of adhered fuel for each area exceeds the maximum amount of adhered fuel, an excess amount that is the difference between them is obtained and the amount of adhered fuel is corrected with the excess amount. Furthermore, this excess amount is also reflected in the amount of adhering fuel in the adjacent area to correct the amount of adhering fuel in that area. According to such processing, the amount of attached fuel can be determined more accurately.
[0014]
On the other hand, the amount of fuel remaining in the intake passage varies depending on the properties (for example, viscosity, temperature, etc.) of the fuel. Accordingly, as described in claim 4, there is provided fuel property parameter setting means for setting a parameter indicating the property of the adhered fuel for each of the divided areas, and the area-specific parameter setting means indicates the fuel property. It is desirable to adopt a configuration in which the residual ratio is set for each area while comparing parameters. In such a case, the residual rate is appropriately calculated according to the properties of the fuel.
[0015]
Here, the fuel property parameters described in claim 4 change according to the fuel evaporation characteristics such as the elapsed time from the fuel adhesion, the intake pipe wall surface temperature, the intake pipe pressure, and the like. Therefore, as described in claim 5, if the parameter indicating the fuel property is variably set according to the fuel evaporation characteristic as described above, the parameter can be grasped more accurately, and the residual ratio The calculation accuracy is improved.
[0016]
Furthermore, in recent years, a system employing “intake-synchronized injection control” has been proposed in which fuel injection by an injector is performed so as to be related to the intake stroke, with the intention of improving the response (responsiveness) of vehicle travel. ing. In such a system configuration, fuel injection is performed only at the opening timing of the intake valve in the low engine speed range, whereas in the middle and high engine speed range, fuel injection is performed before the intake valve is closed. It will take. In this case, the fuel wall adhesion rate (for example, the amount of fuel adhering to the upper surface of the intake valve) naturally changes between the injected fuel when the intake valve is open and the injected fuel when the intake valve is closed. Therefore, as described in claim 6, if the wall surface adhesion rate is set according to the engine speed, the fuel behavior can be ensured even when the intake synchronous injection control as described above is performed. Will be able to grasp.
[0017]
In the inventions according to the first to sixth aspects, as described in the seventh aspect, a plurality of areas divided in the vicinity of the intake port may be set according to the distance from the intake valve. In other words, the wall surface adhesion rate or residual rate of the injected fuel in the vicinity of the intake port has a predetermined relationship with reference to the most downstream position of the intake port (for example, the upper surface of the intake valve), and this relationship can be uniquely simulated to some extent ( (See FIGS. 7 and 8). Therefore, for example, if the plural areas are set to be divided at equal intervals according to the distance from the intake valve, the fuel behavior for each area can be easily grasped.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
The apparatus according to the present embodiment optimally controls the fuel injection amount of a gasoline injection type multi-cylinder internal combustion engine (engine) using a dynamic behavior model of fuel flowing into the cylinder. The drive of the injector for supplying the injection is controlled by an electronic control unit mainly composed of a microcomputer. Here, the electronic control device sets the fuel wall surface adhesion rate “Rm” and the residual rate “Pm” in the vicinity of the intake port as parameters representing the dynamic behavior model of the injected fuel by the injector, and the parameters Is used to correct the amount of fuel injected by the injector. That is, the fuel injection operation by the injector is controlled by the operation of the electronic control unit.
[0020]
FIG. 1 is a block diagram showing in more detail the fuel injection amount control device for an internal combustion engine according to the present embodiment. In FIG. 1, an intake pipe 2 and an exhaust pipe 3 are connected to the internal combustion engine 1. The intake pipe 2 is provided with a throttle valve 5 that is linked to the accelerator pedal 4, and the opening of the throttle valve 5 is detected by a throttle opening sensor 6. An intake pressure sensor 8 is disposed in the surge tank 7 of the intake pipe 2.
[0021]
A piston 10 that reciprocates in the vertical direction in the figure is disposed in a cylinder 9 that constitutes a cylinder of the internal combustion engine 1, and the piston 10 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod 11. A combustion chamber 13 defined by a cylinder 9 and a cylinder head 12 is formed above the piston 10. The combustion chamber 13 is connected to the intake pipe 2 and the exhaust pipe 3 via an intake valve 14 and an exhaust valve 15. Communicate. The exhaust pipe 3 is provided with an air-fuel ratio sensor 16 that outputs a voltage signal that varies depending on the oxygen concentration in the exhaust gas. The cylinder 9 (water jacket) is provided with a water temperature sensor 23 for detecting the cooling water temperature.
[0022]
The intake port 17 of the internal combustion engine 1 is provided with an electromagnetically driven injector 18, and fuel (gasoline) is supplied to the injector 18 from a fuel tank 19. In the present embodiment, a multi-point injection (MPI) system having one injector 18 for each branch pipe of the intake manifold is configured. In this case, fresh air supplied from the upstream side of the intake pipe and fuel injected by the injector 18 are mixed at the intake port 17, and the mixture is in the combustion chamber 13 (inside the cylinder 9) as the intake valve 14 opens. Is flowed into.
[0023]
The distributor 20 outputs a pulse signal every 720 ° CA according to the rotation state of the crankshaft, and pulses every finer crank angle (for example, every 30 ° CA or every 15 ° CA). A rotation angle sensor 22 that outputs a signal is provided.
[0024]
On the other hand, the ECU 30 is configured mainly by a microcomputer system, and includes an A / D converter 31, an input / output interface 32, a CPU 33, a ROM 34, a RAM 35, a backup RAM 36, a clock generation circuit 37, and the like. The detection signal of the intake pressure sensor 8, the detection signal of the air-fuel ratio sensor 16, and the detection signal of the water temperature sensor 23 are input to the A / D converter 31, and after A / D conversion, are input to the CPU 33 via the bus 38. The The detection signal of the throttle opening sensor 6, the pulse signal of the crank angle sensor 21, and the pulse signal of the rotation angle sensor 22 are input to the CPU 33 via the input / output interface 32 and the bus 38. The CPU 33 detects the intake pressure (PM), air-fuel ratio (A / F), cooling water temperature (Tw), throttle opening, reference crank position, and engine speed (Ne) based on each detection signal.
[0025]
Further, the ECU 30 is provided with a down counter 39, a flip-flop 40, and an injector drive circuit 41 for controlling the drive of the injector 18. That is, when the fuel injection amount is calculated in a fuel injection amount control routine, which will be described later, the calculation result is set in the down counter 39 and at the same time the flip-flop 40 is set. As a result, the injector drive circuit 41 energizes the injector 18 and starts fuel injection. Further, the down counter 39 starts counting clock pulses (not shown), and when the value of the down counter 39 becomes “0”, the flip-flop 40 is reset. When the injector drive circuit 41 cuts off the power to the injector 18, the fuel injection is stopped. That is, the injector 18 is energized only during the period calculated by the ECU 30 and fuel corresponding to the calculation result is supplied to each cylinder of the internal combustion engine 1.
[0026]
In particular, the fuel injection system according to the present embodiment employs so-called “intake synchronous injection control” in which fuel injection by the injector 18 is performed so as to take the intake stroke. The end timing of the injection is fixed regardless of the engine speed. According to such injection control, the fuel injected by the injector 18 can be directly introduced into the cylinder at the opening timing of the intake valve 14, so that there is an advantage that the response is improved, for example, during vehicle acceleration.
[0027]
In the fuel injection amount control apparatus configured as described above, the fuel behavior near the injector (intake port 17) will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel behavior simulation model in the vicinity of the injector. In this simulation model, an index indicating time is indicated as “k”.
[0028]
In FIG. 2, “Fi (k)” indicates the amount of fuel injected by the injector 18 at time k (injected fuel amount), and “Fmw (k)” indicates the fuel attached to the wall surface of the intake port 17 at time k. “Fc (k)” indicates the amount of fuel (in-cylinder inflow fuel amount) that flows into the cylinder (inside the cylinder 9) at time k. In this case, of the injected fuel amount Fi (k) at time k, the ratio (wall surface adhesion rate) that adheres to the wall surface of the intake port 17 is “Rm”, and among the wall surface adhered fuel amount Fmw (k) at time k, When the ratio (residual ratio) remaining on the wall surface of the intake port 17 is “Pm”, the following expressions (1) and (2) are established. Note that this equation is equivalent to C.I. F. It is generally known as the Aquino formula.
[0029]
Fmw (k) = Fi (k-1) .Rm + Fmw (k-1) .Pm (1)
According to this equation (1), the wall-attached fuel amount Fmw (k) at time k is the product of the previous injected fuel amount Fi (k−1) and the wall-attachment rate Rm and the previous wall-attached fuel amount Fmw. (K-1) and the sum of the residual rate Pm.
[0030]
Fc (k) = Fi (k). (1-Rm) + Fmw (k). (1-Pm) (2)
According to this equation (2), the in-cylinder inflow fuel amount Fc (k) at time k is the value obtained by subtracting the current fuel adhering amount from the current injected fuel amount Fi (k), and the current wall surface adhering fuel. It is obtained by the sum of a value obtained by subtracting the current fuel residue from the amount Fmw (k).
[0031]
Further, in the case of realizing the combustion of fuel at the target air-fuel ratio λ (theoretical air-fuel ratio), if the intake flow rate is “Q (k)”, the target inflow fuel amount Fcr (k that should actually flow into the cylinder ) Is obtained by the following equation (3).
[0032]
Fcr (k) = Q (k) / λ (3)
In this case, if the above equations (1) and (2) representing the fuel behavior in the vicinity of the injector agree with the actual fuel behavior,
Fcr (k) = Fc (k) (4)
Is established. The intake flow rate Q (k) is calculated by obtaining the basic intake air amount from a map using the intake pressure PM and the engine speed Ne as parameters and correcting the obtained basic intake air amount with the intake temperature at that time. it can.
[0033]
Accordingly, when realizing combustion at the target air-fuel ratio λ, the fuel amount Fi (k) injected by the injector 18 is obtained from the following equation (5) by modifying the equation (2).
[0034]

In this case, in order to obtain the fuel injection amount Fi (k), the wall surface attached fuel amount Fmw (k) calculated from the equation (1) is used.
[0035]
In each of the above equations, if the correct values of the wall adhesion rate Rm and the residual rate Pm of the injected fuel by the injector 18 are obtained, and the above equation (5) can be solved thereby, the injected fuel amount Fi ( k) can be calculated appropriately.
[0036]
Here, generally, the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm are treated as fixed values. However, since the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm are different values depending on the position in the intake pipe 2, they are not necessarily constant values. Therefore, in the present embodiment, as a feature thereof, for example, as shown in FIG. 3, the vicinity of the intake port 17 is divided into a plurality of areas, and the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm according to the engine operating state for each area. The parameter of is given. Then, the fuel behavior is estimated for each cycle and each area.
[0037]
In the above embodiment, the area division in the vicinity of the intake port 17 is divided according to the distance from the intake valve 14. That is, an index representing each area is “i”, and numbers “1” to “n” are assigned to the area index. More specifically, as shown in FIG.
The area index i = 1 is in the area of the upper surface of the intake valve 14,
-The area index i = 2 is in the area of 0-5 mm upstream of the intake valve 14,
-The area index i = 3 is in the area of 5-10 mm upstream of the intake valve 14,
-The area index i = 4 is in the area of 10-15 mm upstream of the intake valve 14,
-The area index i = 5 is in the area of 15-20 mm upstream of the intake valve 14,
Each area is assigned (i = 6 and after are assigned as described above). The area index i = n on the most upstream side in the intake pipe 2 is set for each engine in an arbitrary region between the fuel outlet of the injector 18 and the surge tank 7 according to the specifications of the internal combustion engine 1. .
[0038]
Therefore, if the area is divided as described above and the wall surface adhering fuel amount Fmwi (k), the wall surface adhering ratio Rmi, and the residual ratio Pmi are set for each area, the above equation (5) is expressed by the following equation ( 6).
[0039]
[Expression 1]

[0040]
In the above equation (6), the parameters Pmi and Rmi indicating the residual rate and the adhesion rate in each area are constants that can be obtained by experiments and can also be learned during engine operation. Incidentally, the present inventors have confirmed that the wall surface adhesion rate Rmi and the residual rate Pmi for each area (for each area index of 1 to n) tend to be as shown in FIGS. According to the figure, it can be seen that the wall surface adhesion rate Rmi increases toward the downstream side of the intake pipe 2, while the residual rate Pmi increases toward the upstream side of the intake pipe 2. The Rmi value and the Pmi value are set based on characteristics having such a tendency.
[0041]
It is possible to calculate the wall surface adhesion rate Rmi and the residual rate Pmi in accordance with the engine speed Ne, the intake pressure PM, and the cooling water temperature Tw. In such a case, the engine speed Ne, the intake pressure PM, If the parameters Pmi and Rmi can be calculated using a three-dimensional map composed of the cooling water temperature Tw, the parameters can be set without impairing the processing speed of the ECU 30.
[0042]
4 and 5 are flowcharts showing a procedure for realizing the above-described fuel injection amount control. This process is performed by the CPU 33 in the ECU 30 for each fuel injection of each cylinder (for each cylinder, 180 ° CA). It is executed by.
[0043]
When this routine starts, the CPU 33 first calculates the in-cylinder target air-fuel ratio λ in steps 101 to 104. Specifically, the CPU 33 sets a target air-fuel ratio for control of the internal combustion engine 1 (referred to as a control target air-fuel ratio λa for convenience) in step 101. Further, the CPU 33 determines whether or not it is possible to measure the air-fuel ratio (referred to as the exhaust air-fuel ratio λb for convenience) obtained from the output of the air-fuel ratio sensor 16 in the subsequent step 102. Here, the determination process in step 102 corresponds to a process for determining a known air-fuel ratio feedback control condition. The cooling water temperature Tw is equal to or higher than a predetermined temperature, the air-fuel ratio sensor 16 is in an active state, and the engine is in a high state. Including rotating and high load conditions.
[0044]
If step 102 is negatively determined (when the feedback condition is not satisfied), the CPU 33 proceeds to step 103 to set the control target air-fuel ratio λa at that time as the exhaust air-fuel ratio λb, and then proceeds to step 104. If the determination at step 102 is affirmative (when the feedback condition is satisfied), the CPU 33 bypasses step 103 and proceeds to step 104 as it is. In step 104, the CPU 33 calculates the in-cylinder target air-fuel ratio λ by dividing the square of the control target air-fuel ratio λa by the exhaust air-fuel ratio λb.
[0045]
Thereafter, the CPU 33 calculates the target inflow fuel amount Fcr (k) that should flow into the cylinder using the above-described equation (3) in step 105. Next, the CPU 33 reads in step 106 the wall surface adhesion rate Rmi and the residual rate Pmi for each area divided as shown in FIG. At this time, the read Rmi value and Pmi value follow the relationship shown in FIGS. 7 and 8, but may be set according to the engine speed Ne, the intake pressure PM, and the coolant temperature Tw.
[0046]
Further, the CPU 33 sets the fuel property parameter ρ indicating the component of the fuel adhering in the intake port 17 in the following step 107 for each area index i (= 1 to n). That is, the fuel property parameter ρ represents the volatility of the fuel remaining on the intake pipe wall surface, and the parameter ρ also has a different value depending on the position from the intake valve 14. In such a case, most of the fuel adhering and remaining on the downstream side of the intake pipe is immediately after being injected and supplied from the injector 18 (new fuel), so the fuel property parameter ρ has a relatively small value, On the contrary, most of the remaining fuel adhering to the upstream side of the intake pipe is heavy, and the fuel property parameter ρ tends to be a relatively large value.
[0047]
Still further, the fuel property parameter ρ is, for example,
-Elapsed time tf after the fuel adheres,
-Cooling water temperature Tw (or intake pipe wall surface temperature),
・ Intake pressure PM,
It varies depending on factors that affect the evaporation characteristics of fuel.
[0048]
That is, when the elapsed time tf after the fuel adheres increases, the relatively light fuel is vaporized and the relatively heavy fuel remains attached. Therefore, in such a case, the fuel property parameter ρ is set to be increased. That is, as shown in FIG. 9, the fuel property parameter ρ is set to a larger value as the elapsed time tf increases.
[0049]
Further, when the cooling water temperature Tw (wall surface temperature) becomes high, the adhering fuel easily evaporates at a predetermined temperature. For this reason, in such a case, the fuel property parameter ρ is set to be reduced. That is, as shown in FIG. 10, the fuel property parameter ρ is set to a smaller value as the coolant temperature Tw increases.
[0050]
Furthermore, when the intake pressure PM as the absolute pressure fluctuates in the direction of decreasing (when the intake pipe negative pressure increases), the attached fuel is likely to evaporate. For this reason, in such a case, the fuel property parameter ρ is set to be reduced. That is, as shown in FIG. 11, the fuel property parameter ρ is set to a larger value as the intake pressure (absolute pressure) PM increases.
[0051]
Then, the CPU 33 sets the fuel property parameter ρi for each area while considering the characteristics of the fuel property parameter ρ as described above, and corrects the residual rate Pmi by the set fuel property parameter ρi in step 108. In such a case, when the residual rate Pmi is corrected, the residual rate is corrected for each area while checking the area index i (Pmi = Pmi · ρi).
[0052]
Thereafter, in step 109, the CPU 33 corrects the wall surface adhesion rate Rmi in accordance with the engine speed Ne at that time. In short, as described above, the fuel injection system according to the present embodiment employs so-called “intake synchronous injection control” in which fuel injection is performed aiming at the intake stroke. Accordingly, as shown in FIG. 13, when the fuel injection amount is the same at each engine speed Ne, such as 600 rpm, 1200 rpm, and 1800 rpm, for example, only at the opening timing of the intake valve 14 in the low engine speed range (600 rpm). On the other hand, fuel injection is performed. On the other hand, in the middle rotation range or higher (1200 rpm, 1800 rpm), the fuel injection is applied at the closing timing before the intake valve 14 is opened. Incidentally, the horizontal axis of FIG. 13 shows the crank angle accompanying the rotation of the engine 1.
[0053]
In other words, in the middle / high rotation range of the internal combustion engine 1, the fuel tends to adhere to the wall surface, and the injected fuel when the intake valve 14 is opened and the injected fuel when the intake valve 14 is closed are naturally. The wall surface adhesion rate Rmi (for example, the amount of fuel adhering to the upper surface of the intake valve) changes. For this reason, the wall surface adhesion rate Rmi is calculated according to the engine speed Ne so that an appropriate fuel behavior can be grasped. From such a situation, for example, the relationship shown in FIG. 12 is used, and the wall surface adhesion rate Rm is updated in a direction that increases as the engine speed Ne increases, that is, as the engine speed increases.
[0054]
Next, in step 110, the CPU 33 calculates the actual injected fuel amount Fi (k) by the injector 18 based on the above equation (6). At this time, the injected fuel amount Fi (k) is calculated as a value in consideration of the degree of fuel adhesion and remaining in the entire region (area index i = 1 to n) in the vicinity of the intake port.
[0055]
Furthermore, the CUP 33 calculates the wall surface attached fuel amount Fmw (k + 1) when the time index k is “k + 1” in step 111,
Fmw (k + 1) = Pmi · Fmwi (k) + Rmi · Fi (k)
This is calculated for each area using the following formula.
[0056]
Thereafter, the CPU 33 proceeds to step 112 in FIG. 5, and in steps 112 to 118, the wall surface adhering fuel amount Fmwi (k + 1) when the time index is “k + 1” is preset based on the engine steady state as the maximum adhering amount. Whether the area index i is smaller than Fmwimax is determined for each index in order from the smallest area index i, and when the Fmwi (k + 1) value exceeds the Fmwimax value, the excess amount δ (= Fmwi ( k + 1) −Fmwimax) is calculated, and the wall-attached fuel amount Fmwi (k + 1) is corrected by the excess amount δ.
[0057]
Specifically, the CPU 33 sets the area index i to “1” which is the minimum value in step 112, and in the following step 113, the wall surface attached fuel amount Fmwi (k + 1) is equal to or less than the maximum attached amount Fmwimax.
Fmwi (k + 1) ≦ Fmwimax
Whether or not is satisfied is determined. In this case, if an affirmative determination is made in step 113, the CPU 33 regards that the wall surface attached fuel amount Fmw (k + 1) is not excessive, and ends the present routine as it is.
[0058]
On the other hand, if step 113 is negatively determined, that is,
Fmwi (k + 1)> Fmwimax
If so, the CPU 33 proceeds to step 114 to determine whether or not the area index i has reached the maximum value “n”. For example, since the area index i is relatively small and has not reached “n” at the beginning when the negative determination is made in step 113, the CPU 33 makes a negative determination in step 114 and proceeds to step 115.
[0059]
In step 115, the CPU 33 calculates the excess amount δ by subtracting the maximum adhesion amount Fmwimax at the area index i from the wall surface adhesion fuel amount Fmwi (k + 1) at the area index i (δ = Fmwi (k + 1) −). Fmwimax). Further, the CPU 33 rewrites the wall surface attached fuel amount Fmwi (k + 1) in the area calculated this time in Step 116 with the maximum attached amount Fmwimax of the area.
[0060]
Next, the CPU 33 increments the area index i by “1” in step 117, and in the subsequent step 118, the area to which the area index i is incremented by “1” (on the upstream side of the intake pipe with respect to the area before the index update and its area) The wall surface attached fuel amount Fmwi (k + 1) in the area adjacent to the area is corrected by the calculated excess amount δ. Specifically, the excess amount δ is added to update the wall surface attached fuel amount Fmwi (k + 1) (Fmwi (k + 1) = Fmwi (k + 1) +1).
[0061]
Thereafter, the CPU 33 returns to step 113 and repeats the processing of steps 113 to 118 until step 113 or step 114 is positively determined. That is, if the determination at step 113 is affirmative before the area index i reaches “n”, this routine is terminated at that point, and the determination at step 113 continues to be negative until the area index i reaches “n”. For example, this routine ends when step 114 is positively determined.
[0062]
According to the processing in steps 112 to 118 described above, the correction of the wall surface attached fuel amount Fmwi (k + 1) corresponding to the excess amount δ of the attached fuel is appropriately performed for each area in the vicinity of the intake port 17. The corrected Fmwi (k + 1) value is used for the calculation of the injected fuel amount Fi (k) at the next processing execution time.
[0063]
In this embodiment, steps 106, 108, and 109 in FIG. 4 are parameter setting means for each area described in claims, steps 110 to 118 are fuel injection amount correction means, and step 107 is fuel property parameter setting means. Each corresponds. In particular, step 110 corresponds to the adding means and actual injection amount calculating means, and steps 111 to 118 correspond to the area-specific adhered fuel amount calculating means.
[0064]
As mentioned above, according to this Embodiment explained in full detail, the following effects are acquired.
(A) In the present embodiment, the region near the intake port 17 is divided into a plurality of areas, and the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm (parameters representing fuel behavior) are set for each area. Further, the degree of fuel adhesion and remaining in the entire area near the intake port is calculated based on the individual wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm for each divided area, and the injection by the injector 18 according to the calculation result. The fuel amount Fi was corrected. Thus, if the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm are set for each area in the vicinity of the intake port, these parameters (Rm value, Pm value) can be obtained with higher accuracy. If the fuel injection amount by the injector 18 is controlled using these parameters, stable air-fuel ratio control can be realized under any engine operating condition such as a steady operating condition or a transient operating condition. As a result, the problem that the control accuracy of the air-fuel ratio is extremely lowered at the time of parameter fluctuation as in the conventional apparatus, thereby causing problems such as deterioration of drivability due to torque fluctuation and deterioration of exhaust emission. .
[0065]
(B) More specifically, the wall surface adhering fuel amount Fmwi is calculated for each divided area, and the wall surface adhering fuel amount Fmwi is added over the entire area near the intake port (area index i = 1 to n). Then, based on the addition result, the actual injected fuel amount Fi by the injector 18 is calculated (see the above formula (6)). In such a case, the total amount of wall surface adhering fuel amount Fmw in the intake passage in the region near the intake port is obtained with high accuracy. Then, by reflecting the total amount of the wall-attached fuel amount Fmw in the injected fuel amount Fi by the injector 18, the control accuracy of the fuel injection is also reliably improved.
[0066]
(C) Further, in the present embodiment, the wall surface adhering fuel amount Fmwi for each area is compared with the preset maximum adhering amount Fmwimax, and if the former exceeds the latter (if Fmwi> Fmwimax), the difference Based on the excess amount δ, the wall surface attached fuel amount Fmw in the adjacent area is corrected. According to such a process, the wall surface attached fuel amount Fmw can be obtained more accurately.
[0067]
(D) Further, in the present embodiment, the fuel property parameter ρi is set for each area, and the residual rate Pmi is calculated for each area while comparing the fuel property parameter ρi. In such a case, the residual rate Pm is appropriately calculated according to the properties of the fuel.
[0068]
(E) Since the fuel property parameter ρi is variably set according to the fuel evaporation characteristics such as the elapsed time tf from the fuel adhesion, the cooling water temperature Tw, the intake pressure PM, etc., the parameter ρi can be grasped more accurately. At the same time, the calculation accuracy of the residual rate Pm is improved.
[0069]
(F) In the present embodiment, a system employing “intake-synchronized injection control”, in which fuel injection is performed by the injector 18 so as to be related to the intake stroke, is implemented, and in the system, the wall surface is set according to the engine speed Ne. The adhesion rate Rm was corrected. In this case, the fuel injection is performed only at the opening timing of the intake valve 14 in the low rotation range of the internal combustion engine 1, whereas the fuel injection is closed before the intake valve 14 is opened in the middle / high rotation range of the engine 1. It will take the valve timing. Therefore, the fuel wall adhesion rate Rm naturally changes between the injected fuel when the intake valve 14 is open and the injected fuel when the intake valve 14 is closed, that is, the Rm value according to the engine speed Ne. However, even when the Rm value fluctuates due to the execution of the intake synchronous injection control, the fuel behavior can be accurately grasped.
[0070]
(G) Further, according to the configurations of (e) and (f), even when the internal combustion engine 1 is excessively operated during acceleration or deceleration of the vehicle, the intake pipe more accurately according to the engine operating state at that time 2 can predict the fuel behavior in 2 and can perform highly accurate fuel injection amount control.
[0071]
(H) In addition, a plurality of areas are divided and set according to the distance from the intake valve 14. That is, the wall surface adhesion rate Rm or the residual rate Pm has a predetermined relationship based on the most downstream position of the intake port 17 (for example, the upper surface of the intake valve), and this relationship can be uniquely simulated to some extent (FIGS. 7 and 7). 8). Therefore, for example, if a plurality of areas are set to be divided at equal intervals according to the distance from the intake valve 14, an effect of facilitating grasping of the fuel behavior for each area can be obtained.
[0072]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. However, in the configuration of the present embodiment, the same symbols as those in the first embodiment described above are attached to the drawings and the description thereof is simplified. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.
[0073]
In the apparatus according to the present embodiment, in addition to the parameter setting process for each area in the first embodiment, the wall surface adhesion rate Rm (k) and the residual rate at time k based on the absolute amount of the load state of the internal combustion engine 1. A process of setting Pm (k) variably is also performed. For example, as the load state of the internal combustion engine 1, for example, the intake pressure PM, the cooling water temperature Tw, the cylinder wall temperature, the throttle opening, the accelerator opening, and the like are used, and the detection results thereof are used as the wall surface adhesion rate Rm (k) and the residual rate Pm. Reflect in (k). Specifically, the wall surface adhesion rate Rm (k) and the residual rate Pm (k) are determined as follows based on the intake pressure PM, for example.
[0074]
[Expression 2]

[0075]
In the above equation (7), a, b, c, and d are constants that can be obtained through experiments, and can be learned during engine operation. The intake pressure PM is an absolute value [kPa. abs. ], “0 <a <0.01”, “−0.001 <b ≦ 0”, “−0.01 <c <0”, and “0 <d <1”.
[0076]
The basis for setting the above parameters variably will be described more specifically. For example, when the intake pressure PM changes to the positive side with the opening operation of the throttle valve 5 during vehicle acceleration, that is, PM (k + 1)> PM In the case of (k), compared to the time of PM (k), the fuel injected by the injector 18 is less likely to atomize (becomes droplet fuel) at the time of PM (k + 1), and the injected fuel is applied to the intake pipe wall surface. The adhesion rate increases (the wall surface adhesion rate Rm increases). In such a case, since the intake air flow rate increases, the wall surface attached fuel is more easily pushed into the cylinder at PM (k + 1) than at PM (k). Therefore, the ratio that the fuel adhering to the wall surface remains on the wall surface decreases (residual rate Pm decreases). That is, when PM (k) tends to increase, the wall surface adhesion rate Rm may be set to an increasing value and the residual rate Pm may be set to a decreasing value.
[0077]
On the other hand, for example, when the intake pressure PM changes to the negative side with the throttle operation of the throttle valve 5 during vehicle deceleration, that is, when PM (k + 1) <PM (k), the fuel injected by the injector 18 is atomized. It becomes easy (the fuel is atomized), and the rate at which the injected fuel adheres to the wall surface decreases (the wall surface adhesion rate Rm decreases). Further, since the intake air flow velocity decreases during such deceleration, the amount of fuel adhering to the wall surface into the cylinder decreases, and the ratio of the wall surface adhering fuel remaining on the wall surface increases (residual rate Pm increases). That is, when PM (k) tends to decrease, the wall surface adhesion rate Rm may be set to a value on the decrease side, and the residual rate Pm may be set to the increase side.
[0078]
For reference, FIG. 14 shows the absolute value [kPa. abs. ] The measurement data of each parameter Pm, Rm corresponding to] is shown. According to the figure, the increase or decrease tendency of each parameter Pm, Rm described above can be clarified from the measurement data.
[0079]
According to the configuration of the above embodiment, the wall surface adhesion rate Rm and the residual rate Pm, which are parameters of the fuel behavior model, are set corresponding to the absolute value of the intake pressure PM that represents the load state of the internal combustion engine 1. Therefore, a desired fuel injection amount can be injected and supplied to the internal combustion engine according to the engine operating state at that time.
[0080]
FIG. 15 is a time chart showing fluctuations in the exhaust air / fuel ratio (A / F) accompanying changes in the intake pressure PM. In the exhaust air-fuel ratio in the figure, the solid line shows the transition in the apparatus of the present embodiment, and the broken line shows the transition in the conventional apparatus. As shown in the figure, in the conventional apparatus in which the parameter of the fuel behavior is fixed, the exhaust air / fuel ratio deviates greatly from the target air / fuel ratio as the intake pressure PM varies, but in the apparatus of the present embodiment, the exhaust air / fuel ratio It can be seen that the fluctuation decreases and the air-fuel ratio converges quickly to the target value.
[0081]
Incidentally, in the second embodiment, the numerical data of FIG. 14 is previously stored in a memory as a map, and various parameters corresponding to the absolute value of the intake pressure PM are set using this map data. May be. At this time, by reading the value of each parameter from the map, variable setting of the parameter can be realized more easily. Such a numerical map may be appropriately learned based on the usage environment and changes over time.
[0082]
The embodiment of the present invention can be realized in the following form in addition to the above.
In the first embodiment, the fuel property parameter ρ is variably set for each area in accordance with the fuel evaporation characteristics such as the elapsed time tf from the fuel adhesion, the cooling water temperature Tw (intake pipe wall surface temperature), the intake pressure PM, and the like. This is described (step 107 in FIG. 4), but this configuration may be changed. For example, the fuel property parameter ρi of the area index i = 1 to n is not set for each piece, but only one fuel property parameter ρi in any area (for example, the area of i = 1) is set, and the one ρi The value may be reflected in the setting process of the residual rate Pmi for each area. Further, a sensor for detecting the intake pipe wall surface temperature may be provided, and the fuel property parameter ρ may be set according to the intake pipe wall surface temperature instead of the cooling water temperature Tw. Furthermore, the process itself for setting the fuel property parameter ρ may be abolished, and the correction process for the residual rate Pm based on the parameter ρ may be abolished to simplify the arithmetic process and reduce the arithmetic load.
[0083]
In the case of applying the LJ method, that is, the method of calculating the intake air amount by an air flow meter, the intake pressure at that time is calculated from the engine speed and the intake air amount, and the fuel properties are calculated based on the calculated intake pressure. The parameter ρ may be corrected.
[0084]
In the apparatus of the above-described embodiment, a system employing “intake-synchronized injection control” in which fuel injection by the injector 18 is performed so as to be related to the intake stroke has been embodied. The present invention may be embodied in a control system apparatus that sets the fuel injection timing. In such a case, it is not necessary to correct the wall surface adhesion rate Rm according to the engine speed Ne as in step 109 in the flowchart of FIG.
[0085]
In the above embodiment, the plurality of areas divided in the vicinity of the intake port 17 are set at equal intervals according to the distance from the intake valve 14 (see FIGS. 3 and 6), but this configuration is changed. May be. For example, the area division interval and division position may be arbitrarily changed according to the arrangement position of the injector 18 and the shape or inner diameter of the intake pipe 2. In particular, in the intake manifold, since the length and shape of the branch pipe are different for each cylinder, the area setting may be changed for each cylinder.
[0086]
Further, in the first embodiment, in the processing of steps 112 to 118 in FIG. 5, the wall surface attached fuel amount Fmw is corrected by the excess amount δ based on the magnitude comparison with the maximum attached amount Fmwmax. However, this processing may be abolished to simplify calculation processing and reduce calculation load.
[0087]
In the above-described embodiment, the fuel injection amount control device is embodied by a multipoint injection (MPI) system. Alternatively, the present control device may be embodied by a single point injection (SPI) system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a fuel injection amount control device for an internal combustion engine in an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fuel behavior simulation model in the vicinity of an intake port.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a fuel behavior simulation model in the vicinity of the intake port and an area divided into a plurality of areas in the vicinity of the intake port.
FIG. 4 is a flowchart showing a fuel injection amount control procedure in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a fuel injection amount control procedure following FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic diagram showing a fuel behavior simulation model in the vicinity of the intake port and an area divided into a plurality of areas in the vicinity of the intake port.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an area index i and a wall surface adhesion rate Rm.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an area index i and a residual rate Pm.
FIG. 9 is a graph showing a relationship between an elapsed time tf from fuel adhesion and a fuel property parameter ρ.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the coolant temperature Tw and the fuel property parameter ρ.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the intake pressure PM and the fuel property parameter ρ.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the engine speed Ne and the wall surface adhesion rate Rm.
FIG. 13 is a diagram for explaining an overview of intake synchronous injection control;
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the absolute value of the intake pressure, the adhesion rate, and the residual rate in the second embodiment.
FIG. 15 is a time chart for explaining the effect when the wall surface adhesion rate and the residual rate are variably set according to the intake pressure in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Intake pipe, 14 ... Intake valve, 17 ... Intake port, 18 ... Injector, 33 ... Area-specific parameter setting means, fuel injection amount correction means, Area-specific attached fuel amount calculation means, addition means, actual A CPU constituting an injection amount calculating means and a fuel property parameter setting means.

Claims

Fuel of an internal combustion engine that uses a dynamic behavior model of fuel flowing into a cylinder of the internal combustion engine, and controls the fuel injection amount by the injector using the wall adhesion rate and the residual rate of the fuel near the intake port as parameters of the dynamic behavior model An injection amount control device,
A parameter setting unit for each area that divides the vicinity of the intake port into a plurality of areas, and sets the wall surface adhesion rate and the residual rate for each area;
Based on the individual wall surface adhesion rate and the residual rate for each of the divided areas, the degree of fuel adhesion and residuality in the entire region near the intake port is calculated, and the fuel injection amount by the injector according to the calculation result A fuel injection amount control device for an internal combustion engine, comprising: a fuel injection amount correction means for correcting

The fuel injection amount correcting means includes
An adhering fuel amount calculating means for each area for calculating the adhering fuel amount for each of the divided areas;
Adding means for adding the calculated amount of adhering fuel for each area over the entire area near the intake port;
2. An actual injection amount calculating means for correcting a target inflow fuel amount into the cylinder based on an addition result by the adding means and calculating an actual fuel injection amount by the injector. A fuel injection amount control device for an internal combustion engine as described.

The fuel injection amount control device for an internal combustion engine according to claim 2,
The area-specific adhered fuel amount calculating means compares the adhered fuel amount for each of the divided areas with a preset maximum adhered amount, and when the former exceeds the latter, it is based on the excess amount that is the difference. A fuel injection amount control device for an internal combustion engine, which corrects the amount of adhering fuel in adjacent areas.

Fuel property parameter setting means for setting a parameter indicating the property of attached fuel for each of the divided areas,
The internal combustion engine fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein the area-specific parameter setting means sets the residual ratio for each area while comparing the parameters indicating the fuel properties. Injection amount control device.

The fuel injection amount control device for an internal combustion engine according to claim 4,
An internal combustion engine characterized in that the fuel property parameter setting means variably sets the parameter indicating the fuel property in accordance with the fuel evaporation characteristics, such as the elapsed time from the fuel adhesion, the intake pipe wall surface temperature, the intake pipe pressure, etc. Fuel injection amount control device.

The present invention is applied to a system that employs intake synchronous injection control that performs fuel injection by the injector so as to take an intake stroke,
The fuel injection amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the parameter setting unit for each area sets the wall surface adhesion rate in accordance with an engine speed.

The fuel injection amount control for the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of areas divided in the vicinity of the intake port are set according to a distance from the intake valve. apparatus.